Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi bằng mô hình lai hợp kị khí theo kiểu usbf với lớp đệm linh động k1 ở phần lọc kị khí

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------

ĐỖ THỊ HỒNG HẠ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI
CHĂN NI BẰNG MƠ HÌNH LAI HỢP KỊ KHÍ
THEO KIỂU USBF VỚI LỚP ĐỆM LINH ĐỘNG K1
Ở PHẦN LỌC KỊ KHÍ
Chuyên ngành

: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

Mã ngành

: 608506

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HCM, tháng 12 năm 2014


CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: TS. Đặng Viết Hùng

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2:

Cán bộ chấm nhận xét 1: ...................................................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2: ...................................................................................................

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia TP.
HCM, ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. ............................................................
2. ............................................................
3. ............................................................
4. ............................................................
5. ............................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƢỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: ĐỖ THỊ HỒNG HẠ

MSHV: 11250515

Ngày, tháng, năm sinh: 15/10/1988

Nơi sinh: Bình Thuận

Chun ngành: Cơng nghệ Mơi trường

Mã số: 608506

I. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn ni bằng mơ hình lai
hợp kị khí theo kiểu USBF với lớp đệm linh động K1 ở phần lọc kị khí.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Đánh giá hiệu suất xử lý của hệ USBF đối với nước thải chăn nuôi heo qua các tải
trọng hữu cơ. Qua đó, đánh giá khả năng xử lý của lớp đệm linh động trong phần
AF.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 18/08/2014
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/12/2014
V. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN:

TS. Đặng Viết Hùng

Tp. HCM, ngày 10 tháng 12 năm 2014
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 1

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 2

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƢỞNG KHOA

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy TS. Đặng Viết Hùng đã
hướng dẫn tận tâm và chỉ bảo tận tình trong suốt thời gian thực hiện luận văn này.
Cảm ơn thầy đã truyền đạt kiến thức và khả năng tư duy sâu sắc cũng như cách giải
quyết công việc khoa học.
Xin chân thành cảm ơn cô TS. Nguyễn Thị Thanh Phượng đã tạo điều kiện và cho
những lời khuyên quý báo từ những ngày đầu làm quen với phân tích mơi trường và
các mơ hình nghiên cứu.
Cảm ơn ba mẹ ln ở bên hỗ trợ, chia sẻ và động viên con trong những lúc khó
khăn để có thể vượt qua những trở ngại để hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Cảm ơn các em khóa K2010 và các bạn trong PTN Cơng nghệ Môi trường đã giúp
đỡ tôi trong suốt thời gian qua.
Xin chân thành cảm ơn.


TĨM TẮT LUẬN VĂN

Trong nghiên cứu này, mơ hình lai hợp kị khí USBF (Upflow Sludge Blanket
Filtration), một sự kết hợp giữa sinh trưởng lơ lửng trong phần UASB (Upflow
Anaerobic Sludge Blanket) và sinh trưởng dính bám trong phần AF (Anaerobic
Filter) được cải tiến nhằm nâng cao khả năng xử lý nước thải chăn nuôi bằng cách
chuyển lớp đệm trong phần sinh trưởng dính bám từ trạng thái bất động thành linh
động. Lớp đệm linh động chế tạo từ giá thể Anox Kaldnes K1 cho phép dính bám
một lượng lớn sinh khối với hoạt tính cao. Mơ hình USBF làm bằng mica với thể
tích làm việc là 14 lít và tỉ lệ thể tích UASB/AF là 1/1 được vận hành với tải trọng
hữu cơ tăng dần từ 1 đến 10 kgCOD/m3.ngày tương ứng thời gian lưu nước giảm
dần từ 36 đến 9,6 giờ. Mơ hình nghiên cứu cho hiệu quả xử lý cao nhất ở tải trọng
hữu cơ 6 kgCOD/m3.ngày tương ứng thời gian lưu nước 16 giờ với hiệu suất xử lý
COD đạt tới 92% và hiệu suất xử lý SS đạt tới 93%. Nồng độ sinh khối (VSS) trong

phần lọc kị khí là 3080 mg/L khi kết thúc thí nghiệm và tỉ lệ khối lượng VSS/SS là
0,78. Các kết quả thu được cho thấy mức độ linh hoạt và đồng đều của màng sinh
học bên trên lớp đệm linh động.


ABSTRACT

In this study, an upflow sludge blanket filtration (USBF) model, which is a
combination of suspended growth in upflow anaerobic sludge blanket (UASB) part
and attached growth in anaerobic filter (AF) part is improved to enhance treatment
efficiency of piggery wastewater by changing support media in AF part from fixed
– bed to flexible – bed. Flexible – bed, made from Anox Kaldnes K1 media, allows
for attachment of large amounts of highly active biomass. The USBF model made
of acrylic had the work volume of 14 liters and the ratio of UASB/AF of 1/1.
Organic loading rate (OLR) was increased from 1 to 10 kgCOD/m3.day and
corresponding hydraulic retention times (HRT) was reduced from 36 to 9,6 hours.
The results showed that treatment efficiencies of COD and SS reached 92% and
93%, respectively at the optimum OLR of 6 kgCOD/m3.day and the corresponding
HRT of 16 hours. In the anaerobic filter part, the biomass concentration (VSS) was
3080 mg/L and the ratio of VSS/SS was 0.78 at the end of operation. The results
also showed that biofilm attached on media surface of the flexible – bed was active
and regular.


LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên Đỗ Thị Hồng Hạ, là học viên cao học chun ngành Cơng nghệ Mơi trường,
khóa học 2011, là tác giả của luận văn “Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn
ni bằng mơ hình lai hợp kị khí theo kiểu USBF với lớp đệm linh động K1 ở phần
lọc kị khí”. Tơi xin cam đoan :

 Cơng trình nghiên cứu này do chính tơi thực hiện tại PTN Công nghệ Môi
trường, Viện Môi trường và Tài nguyên, Đại học Quốc gia TP. HCM.
 Các hình ảnh, số liệu và thơng tin tham khảo được trích dẫn từ nguồn đáng tin
cậy và đã được công bố rộng rãi.
 Các số liệu, kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là trung thực và
chưa được công bố ở các nghiên cứu của tác giả khác hay trên bất kỳ phương tiện
truyền thông nào.
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về kết quả nghiên cứu trong luận văn tốt nghiệp
của mình.

Học viên

Đỗ Thị Hồng Hạ


i

MỤC LỤC

MỤC LỤC ................................................................................................................... i
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT................................................................................... iv
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. vi
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................vii
CHƢƠNG 1 – MỞ ĐẦU ........................................................................................... 1
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .................................................................... 2
1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................. 3
1.3. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ........................................................................... 3
1.4. NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................. 3
1.5. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................................... 5
1.6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ...................................................... 6

CHƢƠNG 2 – TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................ 8
2.1. NƢỚC THẢI CHĂN NUÔI VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ................................ 9
2.1.1. Thành phần tính chất ......................................................................................... 9
2.1.2. Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi ............................................................. 12
2.1.2.1. Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi trong nước .................................. 13
2.1.2.2. Công nghệ xử lý nước thải chăn ni trên thế giới ................................ 16
2.2. CƠNG NGHỆ LAI HỢP THEO KIỂU USBF .............................................. 19
2.2.1. Quá trình xử lý sinh học kị khí .................................................................... 19
2.2.1.1. Q trình phân hủy chất hữu cơ trong xử lý kị khí ................................ 19
2.2.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý kị khí ................................... 21


ii

2.2.2. “Lai hợp” trong xử lý sinh học kị khí ............................................................. 23
2.2.3. Cơng nghệ lai hợp kị khí USBF ...................................................................... 23
2.3. GIÁ THỂ TRONG XỬ LÝ SINH HỌC ........................................................ 24
2.3.1. Q trình sinh trưởng bám dính ...................................................................... 24
2.3.2. Các loại giá thể ................................................................................................ 26
2.3.2.1. Lớp đệm cố định ..................................................................................... 28
2.3.2.2. Lớp đệm di động..................................................................................... 29
2.3.2.3. Lớp đệm linh động ................................................................................. 30
2.4. MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRƢỚC ĐÂY ....................................................... 31
2.4.1. Trong nước ...................................................................................................... 31
2.4.2. Ngoài nước ...................................................................................................... 33
CHƢƠNG 3 – VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP................................................. 36
3.1. SƠ ĐỒ NGHIÊN CỨU .................................................................................... 37
3.2. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ......................................................................... 38
3.2.1. Nước thải chăn nuôi heo ................................................................................. 38
3.2.2. Bùn cấy ban đầu .............................................................................................. 39

3.2.3. Giá thể sử dụng ............................................................................................... 39
3.3. MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU .............................................................................. 41
3.3.1. Cấu tạo mơ hình .............................................................................................. 41
3.3.2. Ngun tắc hoạt động ..................................................................................... 42
3.4. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM ............................................................................. 43
3.4.1. Giai đoạn thích nghi ........................................................................................ 43
3.4.2. Giai đoạn tăng tải ............................................................................................ 43
3.5. LẤY MẪU VÀ PHÂN TÍCH MẪU ................................................................ 44


iii

3.5.1. Vị trí và tần suất lấy mẫu ................................................................................ 44
3.5.2. Phương pháp phân tích .................................................................................... 45
3.6. XỬ LÝ SỐ LIỆU .............................................................................................. 46
CHƢƠNG 4 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................... 49
4.1. GIAI ĐOẠN THÍCH NGHI ............................................................................ 50
4.2. GIAI ĐOẠN TĂNG TẢI ................................................................................. 53
4.2.1. Sự biến đổi giá trị pH, VFA, độ kiềm ............................................................. 54
4.2.2. Đánh giá hiệu suất xử lý.................................................................................. 57
4.2.3. Đánh giá lượng khí sinh ra .............................................................................. 62
4.3. ĐÁNH GIÁ SINH KHỐI TẠO THÀNH ....................................................... 64
CHƢƠNG 5 – KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................... 65
5.1. KẾT LUẬN ....................................................................................................... 66
5.2. KIẾN NGHỊ ...................................................................................................... 66
DANH MỤC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC............................... 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 72
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 75

iv

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt

Nghĩa Tiếng Việt

Tiếng Anh

AF

Anaerobic Filter

Lọc sinh học kị khí

BOD

Biological Oxygen Demand

Nhu cầu oxy sinh học

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa học

EGSB

Expanded Granular Sludge Bed

Bể kị khí bùn hạt giản nở

HRT

Hydraulic Retention Time

Thời gian lưu nước

MBBR

Moving Bed Biofilm Reactor

Bể sinh học giá thể di động

MLSS

Mixed Liquor Suspended Solid

Bùn lơ lửng

MLVSS
PRS

Mixed Liquor Volatile Suspended
Solid

Bùn lơ lửng bay hơi

Phosphates removal as struvite

PTN

Phịng thí nghiệm

PVC

Poly Vinyl Chloride

PUF

Polyurethane Foam

RPF

Reticulated Polyurethane Foam

NH4+-N

Ammonium Nitrogen

OLAND

Oxygen

Limited

Nhựa PVC

Ammoni tính theo nitơ
Autotrophic

Nitrification Denitrification
OLR

Organic Loading Rate

Tải trọng hữu cơ

SBR

Sequencing Batch Reactor

Bể sinh học hiếu khí dạng mẻ

SS

Suspended Solid

Chất rắn lơ lửng


v

Từ viết tắt

Tiếng Anh

Nghĩa Tiếng Việt

TKN

Total Kjeldahl Nitrogen

Tổng Nitơ Kjeldahl

TN

Total Nitrogen

Tổng nitơ

TP

Total Phosphorus

Tổng photpho

TP. HCM
VFA

Thành phố Hồ Chí Minh
Volatiled Fatty Acid

VSV
UASB

Axit béo bay hơi
Vi sinh vật

Upflow Anaerobic Sludge Blanket

Bể dòng chảy ngược qua tầng
bùn kị khí

USBF

Upflow Sludge Blanket Filtration

Bể hybrid UASB kết hợp lọc
sinh học kị khí


vi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1. Thành phần và tính chất nước thải chăn ni ...........................................10
Bảng 2.2. Vi sinh gây bệnh có trong nước thải chăn nuôi ........................................10
Bảng 2.3. Thông số kĩ thuật của một số loại giá thể .................................................26

Bảng 3.1. Tính chất nước thải chăn nuôi ..................................................................38
Bảng 3.2. Thông số kĩ thuật của giá thể ....................................................................40
Bảng 3.3. Các thông số hoạt động và quá trình khảo sát ..........................................44
Bảng 3.4. Chỉ tiêu phân tích theo vị trí .....................................................................45
Bảng 3.5. Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích ....................................................45

Bảng 4.1. Hàm lượng metan sinh ra ở các tải trọng hữu cơ khác nhau ...................62

vii

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1. Thực trạng ơ nhiễm của ngành chăn ni ...................................................9
Hình 2.2. Cơng nghệ xử lý nước thải chăn ni ....................................................... 12
Hình 2.3. Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước thải chăn ni tại xí nghiệp heo giống Đơng
Á, huyện Dĩ An, tỉnh Bình Dương ...........................................................................13
Hình 2.4. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi của một số trang trại ở vùng
đồng bằng sơng Hồng................................................................................................ 14
Hình 2.5. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải chăn ni quy mơ hộ gia đình tại Thừa
Thiên Huế ..................................................................................................................15
Hình 2.6. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải chăn ni ..............................................16
Hình 2.7. Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước thải chăn ni ..............................................17
Hình 2.8. Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước thải chăn ni ..............................................18
Hình 2.9. Các giai đoạn của q trình phân hủy kị khí .............................................20
Hình 2.10. Phân loại các hệ thống xử lý kị khí ......................................................... 23
Hình 2.11. Mơ hình lai hợp kị khí USBF ..................................................................24
Hình 2.12. Màng vi sinh trên giá thể.........................................................................25
Hình 2.13. Giá thể cố định trong AF.........................................................................28
Hình 2.14. Giá thể di động trong MBBR ..................................................................29
Hình 2.15. Giá thể linh động trong Swimbed ........................................................... 30
Hình 2.16. Mơ hình USBF ........................................................................................ 31
Hình 2.17. Mơ hình USBF ........................................................................................ 32
Hình 2.19. Mơ hình USBF ........................................................................................ 33
Hình 2.20. Mơ hình USBF ........................................................................................ 34

Hình 3.1. Sơ đồ nghiên cứu....................................................................................... 37

viii

Hình 3.2. Giá thể Anox Kaldnes K1 .........................................................................39
Hình 3.3. Lớp đệm linh động chế tạo từ giá thể K1..................................................40
Hình 3.4. Sơ đồ mơ hình thí nghiệm .........................................................................41
Hình 3.5. Mơ hình thí nghiệm thực tế .......................................................................42
Hình 3.6. Vị trí lấy mẫu phân tích.............................................................................42

Hình 4.1. Sự biến đổi giá trị pH theo thời gian ......................................................... 50
Hình 4.2. Sự biến đổi nồng độ và hiệu suất xử lý COD theo thời gian ....................51
Hình 4.3. Sự biến đổi nồng độ và hiệu suất xử lý SS theo thời gian ........................ 51
Hình 4.4. Tải trọng và thời gian lưu nước vận hành ở giai đoạn tăng tải .................53
Hình 4.5. Giá trị pH ở đầu vào, đầu ra phần UASB và đầu ra của mơ hình USBF ..54
Hình 4.6. Giá trị VFA ở đầu vào, đầu ra phần UASB và đầu ra của mơ hình USBF
...................................................................................................................................55
Hình 4.7. Giá trị độ kiềm ở đầu vào, đầu ra phần UASB và đầu ra của mơ hình
USBF ......................................................................................................................... 55
Hình 4.8. Biến thiên nồng độ và hiệu suất xử lý COD theo tải trọng hữu cơ ...........58
Hình 4.9. Biến thiên nồng độ và hiệu suất xử lý SS theo tải trọng hữu cơ ...............58
Hình 4.10. Đánh giá hiệu suất xử lý COD phần UASB và mơ hình USBF theo các
tải trọng hữu cơ .........................................................................................................61
Hình 4.11. Đánh giá hiệu suất xử lý SS phần AF và mơ hình USBF theo tải trọng
hữu cơ ........................................................................................................................ 61
Hình 4.12. Lượng khí metan sinh ra theo tải trọng hữu cơ .......................................63
Hình 4.13. Hệ số sản lượng của khí metan trong q trình xử lý ............................. 63
Hình 4.14. Giá thể K1 khi kết thúc thí nghiệm ......................................................... 64


1

CHƢƠNG 1
MỞ ĐẦU


2

CHƢƠNG 1
MỞ ĐẦU

1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Nước thải chăn nuôi là một trong những loại nước thải gây ô nhiễm môi trường
nghiêm trọng nhất, là nguồn nước thải khơng an tồn do chứa các loại chất hữu cơ,
nhiều chất xơ và hàm lượng cao các hợp chất nitơ, photpho, lưu huỳnh và các vi
sinh vật gây bệnh … Nguồn nước thải này có nguy cơ trở thành nguyên nhân trực
tiếp phát sinh bệnh cho gia súc đồng thời có thể lây lan sang người do chứa nhiều
mầm bệnh như: Samonella, Leptospira, Clostridium, Bacillus, Fasciolosis, Buski,
Brucella… Do đó, nếu không được xử lý tốt sẽ ảnh hưởng xấu đến mơi trường, bên
cạnh đó cịn tạo ra mùi rất khó chịu cho mơi trường khơng khí xung quanh. Hiện
nay, người ta thường áp dụng cơng nghệ có sự kết hợp nhiều phương pháp: cơ học,
hóa lý và sinh học nhằm xử lý triệt để hàm lượng ô nhiễm của nước thải chăn nuôi.
Trong xử lý sinh học, kết hợp các q trình sinh học kị khí (UASB, lọc kị khí,
biogas ...) với hiếu khí (bùn hoạt tính, lọc hiếu khí, hồ sinh học ...) đã mang lại hiệu
quả khá cao, đồng thời tạo ra các sản phẩm phụ có giá trị kinh tế như khí sinh học
hay phân vi sinh…[1], [2], [3]. Thực tế, hệ thống kị khí riêng biệt hoạt động khá tốt
tuy nhiên gặp nhiều vấn đề về tải trọng như sốc tải, bùn nổi và tràn ra ngoài làm
giảm hiệu suất xử lý, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh học hiếu khí nối tiếp.
Trong những năm gần đây mơ hình lai hợp kị khí như kiểu USBF được nghiên cứu
rộng rãi và được đánh giá cao nhờ tăng cường được cả tải trọng và hiệu quả xử lý
cùng với mức độ ổn định khi vận hành: chống sốc tải với đặc tính tuổi bùn dài, thời

gian lưu nước ngắn nhờ duy trì sinh khối dày đặc trong bể [4], [5]. Mơ hình lai hợp
kị khí USBF chính là một bể xử lý nước thải bao gồm 2 phần: phần cho bùn lơ lửng
nằm ở phía dưới như là UASB và phần cho màng dính bám nằm ở phía trên như là
AF. Sự kết hợp này giúp hạn chế những nhược điểm đồng thời cũng phát huy
những ưu điểm của cả hai phần. Nhằm tăng cường hơn nữa khả năng xử lý của mô


3

hình USBF, lớp đệm bất động trong phần cho màng dính bám sẽ được chuyển thành
lớp đệm linh động để có được ưu điểm của cả hai trạng thái cố định và tầng sôi,
nhằm tạo điều kiện cho màng sinh học kị khí dính bám có nồng độ và hoạt tính sinh
khối cao. Với lớp đệm linh động được chế tạo từ giá thể phổ biến Anox Kaldnes
K1. Giá thể K1 với diện tích bề mặt riêng cao 500 m2/m3, hiệu quả hiệu dụng lên tới
67-70% do sinh khối phát triển rộng khắp các vùng an toàn bên trong, bên ngồi và
xung quanh các rãnh của giá thể [6].
Vì thế, đề tài “Nghiên cứu khả năng xử lý nƣớc thải chăn ni bằng mơ hình lai
hợp kị khí theo kiểu USBF với lớp đệm linh động K1 ở phần lọc kị khí” đã
được tiến hành nghiên cứu.
1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Nâng cao hiệu suất xử lý hữu cơ của q trình kị khí đối với nước thải chăn ni
bằng mơ hình lai hợp kị khí theo kiểu USBF khi chuyển trạng thái từ lớp đệm cố
định sang lớp đệm linh động của phần AF.
1.3. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu của luận văn được tập trung chủ yếu vào các đối tượng:


Nước thải được lấy từ trang trại chăn ni heo tại bể thu gom của xí nghiệp
chăn nuôi heo Đồng Hiệp, ấp 3, xã Phạm Văn Cội, huyện Củ Chi, TP. HCM.



Mơ hình USBF xử lý nước thải ở quy mơ phịng thí nghiệm được chế tạo bằng
mica



Lớp đệm linh động sử dụng trong phần lọc kị khí được chế tạo từ giá thể Anox
Kaldnes K1

1.4. NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài “Nghiên cứu khả năng xử lý nƣớc thải chăn nuôi bằng công nghệ lai hợp
USBF với lớp đệm linh động đƣợc chế tạo từ giá thể K1” bao gồm những nội
dung chính sau:
 Nội dung 1: tổng quan – cơ sở lý thuyết


4

 Tổng quan nước thải chăn ni:
 Thành phần, tính chất nước thải chăn nuôi
 Các công nghệ xử lý nước thải trong và ngồi nước
 Tổng quan cơng nghệ lai hợp USBF
 Cơ sở lý thuyết và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học kị
khí
 Lai hợp trong xử lý kị khí và cơng nghệ lai hợp USBF
 Tổng quan các loại giá thể trong xử lý sinh học:
 Các quá trình xử lý sinh học bám dính
 các loại giá thể sử dụng trong xử lý nước thải: giá thể cố định, di động và
linh động

 Một số nghiên cứu về hệ USBF trong và ngồi nước
 Nội dung 2: thiết lập mơ hình nghiên cứu với quy mơ phịng thí nghiệm
 Xây dựng kế hoạch thực hiện và lập sơ đồ nghiên cứu
 Thiết lập mơ hình USBF: mơ hình được làm bằng mica dày 5 mm, hình trụ có
kích thước chiều dài x chiều rộng x chiều cao là 125 mm x 125 mm x 1000
mm
 Chế tạo lớp đệm linh động từ giá thể Anox Kaldnes K1 để giá thể sau khi sắp
xếp sẽ chuyển động tại vị trí cố định nhằm ngăn cản các cặn lơ lửng không lên
theo đường nước dâng trong bể và ngăn cản độ bám dính ngày càng nhiều của
bùn cặn.


Nội dung 3: vận hành mơ hình thí nghiệm
 Tiến hành lấy nước thải tại xí nghiệp chăn ni heo Đồng Hiệp, bùn tại nhà
máy Hịa Bình. Phân tích thành phần của chúng
 Mơ hình vận hành trong điều kiện nhiệt độ phòng dao động từ 30 – 32oC


5

 Vận hành mơ hình USBF qua 6 giai đoạn tương ứng với 6 tải trọng: giai đoạn
thích nghi (1 kgCOD/m3.ngày), giai đoạn I (tải trọng 2 kgCOD/m3.ngày), giai
đoạn II (tải trọng 4 kgCOD/m3.ngày), giai đoạn III (tải trọng 6
kgCOD/m3.ngày), giai đoạn IV (tải trọng 8 kgCOD/m3.ngày) và giai đoạn V
(tải trọng 10 kgCOD/m3.ngày)


Nội dung 4: đánh giá khả năng xử lý của hệ USBF

Tiến hành phân tích mẫu nước thải đầu vào, đầu ra của mơ hình USBF với các

thông số pH, VFA, độ kiềm, COD, SS; sinh khối trên giá thể với thơng số SS và
VSS. Sau đó, lập bảng kết quả, vẽ đồ thị và thực hiện phân tích, đánh giá:
 Đánh giá hiệu suất xử lý USBF qua các tải trọng hữu cơ. Qua đó, đánh giá
hiệu quả của lớp đệm linh động trong phần lọc kị khí
 Đánh giá khả năng bám dính sinh khối trên giá thể khi kết thúc thí nghiệm
1.5. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Để thực hiện các nội dung nghiên cứu nêu trên, luận văn đã sử dụng các phương
pháp nghiên cứu sau đây:


Tổng quan tài liệu
 Tham khảo, thu thập, tổng hợp tài liệu trong và ngồi nước có liên quan đến
cơng nghệ, giá thể trên các nguồn: sách, báo chí, luận văn ... Qua đó tiến hành
phân tích, xử lý và hiệu chỉnh các tài liệu để phù hợp với nghiên cứu đề tài
 Xác định giới hạn nghiên cứu và phương án thực nghiệm



Thực nghiệm mơ hình
 Tiến hành lấy mẫu và phân tích nhằm xác định thành phần và đặc tính nước
thải chăn ni và mẫu bùn sử dụng
 Lập kế hoạch thực nghiệm: thiết kế và chế tạo mơ hình, vận hành mơ hình ở
các tải trọng khác nhau


6

 Mơ hình được đặt tại Viện Mơi trường và Tài nguyên, Đại học Quốc gia TP.
HCM


Lấy mẫu phân tích
 Phân tích các mẫu nước thải với các chỉ tiêu pH, VFA, độ kiềm, COD, SS.
Mẫu bùn với chỉ tiêu MLSS và MLVSS. Khí sinh học được phân tích thành
phần khí. Sinh khối trên giá thể với chỉ tiêu SS và VSS
 Các thí nghiệm phân tích mẫu được tiến hành tại PTN Công nghệ Môi trường,
Viện Môi trường và Tài nguyên, Đại học Quốc gia TP. HCM



Xử lý số liệu
 Mỗi thí nghiệm được thực hiện ba lần với thao tác lấy mẫu và phân tích mẫu
giống nhau nên một số liệu kết quả đưa ra là trung bình ba lần lặp lại
 Các số liệu thu được trong q trình thí nghiệm sẽ được tổng hợp, thống kê và
xử lý thành các dạng bảng số liệu, hình biểu đồ bằng cách sử dụng các phần
mềm như Microsoft Word và Excel để đưa vào trình bày trong luận văn

1.6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
Tính mới


Gần đây cơng nghệ USBF đã được triển khai nghiên cứu trên một số loại nước
thải và cho hiệu suất xử lý khá cao. Việc tiến hành nghiên cứu chuyển trạng thái
từ lớp đệm cố định sang lớp đệm linh động của phần lọc kị khí với giá thể K1
chính là tính mới của đề tài.

Tính khoa học


Việc chuyển từ trạng thái cố định sang trạng thái linh động của lớp đệm trong

phần lơc kị khí làm tăng khả năng tích lũy sinh khối. Đồng thời tránh tắt nghẽn
và chảy rãnh do sinh khối và cặn tích lũy; tránh bào mịn sinh khối do các giá
thể tác động lẫn nhau nhờ đó tăng cường hiệu quả xử lý chất hữu cơ.


7

Tính thực tiễn


Cơng nghệ lai hợp theo kiểu USBF với lớp đệm linh động phần lọc kị khí có thể
áp dụng vào thực tế nhằm nâng cao hiệu suất xử lý cho các cơng nghệ kị khí
như AF, UASB, USBF...



Cơng nghệ này sẽ tiết kiệm chi phí giá thể và năng lượng cho quá trình xây
dựng và vận hành hệ thống.


8

CHƢƠNG 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU


9

CHƢƠNG 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1. NƢỚC THẢI CHĂN NUÔI VÀ CƠNG NGHỆ XỬ LÝ
2.1.1. Thành phần tính chất
Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi heo phát triển với tốc độ rất nhanh
nhưng chủ yếu là tự phát và chưa đáp ứng được các tiêu chuẩn kĩ thuật về chuồng
trại và kĩ thuật chăn ni. Do đó, năng suất chăn nuôi thấp và gây ô nhiễm môi
trường một cách trầm trọng. Ơ nhiễm mơi trường khu vực trại chăn ni do sự phân
hủy các chất hữu cơ có mặt trong phân và nước thải của heo. Hầu hết các hộ chăn
nuôi đều để nước thải chảy tự do ra môi trường xung quanh gây mùi hôi thối nồng
nặc, đặc biệt là vào những ngày oi bức. Nồng độ khí H2S và NH3 cao hơn mức cho
phép khoảng 30 – 40 lần. Tổng số vi sinh vật (VSV) và bào tử nấm cũng cao hơn
mức cho phép rất nhiều lần. Ngoài ra nước thải chăn ni cịn có chứa Coliform,
E.coli, COD..., và trứng giun sán cao hơn rất nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép.

Hình 2.1. Thực trạng ơ nhiễm của ngành chăn nuôi
Hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi dao động đáng kể tùy thuộc
khối lượng nước dùng để vệ sinh chuồng trại, có hoặc không thu gom phân trước


10

khi tắm rửa heo và chuồng trại. Tùy theo từng cơ sở chăn nuôi mà thành phần chất
thải khác nhau, nhưng thường thì nước thải có hàm lượng chất hữu cơ khá cao:
Bảng 2.1. Thành phần và tính chất nƣớc thải chăn nuôi
STT

Chỉ tiêu

Đơn vị

Kết quả

1

pH

-

6,1 – 7,9

2

COD

mg/L

5000 – 12000

3

BOD5

mg/L

3500 – 8900

4

SS

mg/L

680 – 1200

5

TN

mg/L

220 – 460

6

TP

mg/L

36 – 72

7

Độ màu

Pt-Co

350 – 870

8

Độ đục

mg/L

420 – 550

9

Dầu mỡ

mg/L

5 – 58

Nguồn: Trương Thanh cảnh và cộng sự, 1997 [7]
Bảng 2.2. Vi sinh gây bệnh có trong nƣớc thải chăn ni
STT

Chỉ tiêu

Đơn vị

Nồng độ

1

Escherichia coli

MPN/100mL

1.5x106 – 6,8x108

2

Steptococcus faecalis

MPN/100mL

3x102 – 3,5x103

3

Clostridium ferfringens

tế bào/100mL

50 – 1,6x102

Nguồn: Trương Thanh cảnh và cộng sự, 1997 [7]
Nhìn chung, nước thải chăn nuôi giàu chất hữu cơ, giàu đạm và dễ phân hủy sinh
học. Ngồi ra, nước thải cịn chứa nhiều VSV gây bệnh.